Elektronenstrahlschmelzen

Das Ziel ist es, maßgeschneiderte Lösungen für die kommerzielle Nutzung des selektiven Elektronenstrahlschmelzens zu erarbeiten. Forschungsschwerpunkte sind die Weiterentwicklung der Anlagentechnik, die Verarbeitung von Hochleistungswerkstoffen und die verfahrensspezifische Materialentwicklung. In Kooperation mit dem Lehrstuhl Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (WTM) an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg liegt eine enorme Erfahrung auf dem Gebiet der elektronenstrahlbasierten additiven Fertigung vor.

Fertigungsverfahren

Elektronenstrahlschmelzen ist ein pulverbettbasiertes, additives Fertigungsverfahren, bei dem Metallpulver schichtweise mithilfe eines Elektronenstrahls aufgeschmolzen wird. Die Bauteile werden direkt aus CAD-Daten gefertigt, was eine werkzeuglose und schnelle Herstellung ermöglicht.

Vorteile sind große Designfreiheit, reduzierte Vorlaufzeiten, konstante Bauteilkosten, effiziente Rohstoffnutzung sowie schnelle Erstarrung und eine feinkörnige Mikrostruktur. Die moderne Anlagentechnik ermöglicht eine hochaufgelöste in-situ Prozessbeobachtung über Rückstreuelektronen und kann klassische Röntgenprüfungen ersetzen.

Werkstoffe

Verarbeitet werden anspruchsvolle Werkstoffe wie Titanaluminide, hochfeste Nickelbasislegierungen, Refraktärmetalle sowie reflektierende Kupferlegierungen und Reinkupfer.

Die Kombination aus hohen Prozesstemperaturen und stabilem Vakuum reduziert Risse, Gasaufnahme und Verunreinigungen, wodurch qualitativ hochwertige Bauteile gefertigt werden können.

Werkstoffcharakterisierung

Die Werkstoffcharakterisierung umfasst chemische Analysen (z. B. Funkenspektrometer, GDOES, RFA, EDX, N/O/C/S-Analysator, Mikrosonde) zur Bestimmung von Legierungszusammensetzung, Verunreinigungen und Elementverteilung, physikalische Analysen (Laserflash-Apparatur, Dilatometer, Auftriebswägung) zur Ermittlung von Wärmeleitfähigkeit, thermischer Ausdehnung und Dichte sowie optische Analysen mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie inklusive Partikelgrößenanalyse.

Ergänzt wird dies durch die mechanische Kennwertermittlung, bei der statische, zyklische und dynamische Eigenschaften unter verschiedenen Spannungszuständen und Temperaturen geprüft werden; Formänderungen werden über optische Messsysteme erfasst, Härte und Kriecheigenschaften an Härteprüfern und Zeitstandanlagen bestimmt. Der E-Modul wird präzise mittels RFDA (Resonanzfrequenz-Dämpfungsanalyse) ermittelt.

Simulation

Rechnergestützte Methoden werden für Auslegung und Optimierung additiver Fertigungsprozesse genutzt. Umfangreiche thermische Berechnungen erlauben eine Vorauslegung (z. B. über die Temperaturverteilung im Bauraum), statistische Versuchsplanung, Regressions- und Korrelationsanalysen sowie multikriterielle Analysen ermöglichen die zielgerichtete Optimierung.